JP6362919B2 - Shape memory alloy actuation system for variable area fan nozzles - Google Patents

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Description

本開示は、概して、ターボファンエンジンに関し、より具体的には、可変面積ファンノズルを有するターボファンエンジンに関する。具体的には、本開示は、ノズルの出口面積またはスロート面積を変更する、円周方向に配置された可動式のペタルを複数備える可変面積ファンノズルに関する。   The present disclosure relates generally to turbofan engines, and more specifically to turbofan engines having variable area fan nozzles. Specifically, the present disclosure relates to a variable area fan nozzle including a plurality of movable petals arranged in a circumferential direction, which changes an outlet area or a throat area of the nozzle.

航空機の騒音公害は、空港付近のコミュニティにとって重大な環境問題である。エンジンを動力とする航空機が離陸中に発生させる騒音の大部分がジェットエンジンの排気によるものである。ジェットエンジンの排気は周波数が比較的低いので、ジェットエンジンの排気による騒音の減衰は、大気のみでは効果が不十分である。   Aircraft noise pollution is a serious environmental problem for communities near airports. Most of the noise generated by aircraft powered by engines during takeoff is due to the exhaust of the jet engine. Since jet engine exhaust has a relatively low frequency, noise attenuation due to jet engine exhaust is insufficient in the atmosphere alone.

バイパスターボファンエンジンは、典型的には、2種類の排気流成分、エンジンコアフローおよびファンフローを生じる。エンジンコアフローは、コアエンジンを通った後でコアフローノズルから排出される。ファンフローは、コアエンジンを囲繞するコアエンジンナセルおよびコアエンジンナセルの少なくとも一部分を囲繞するファンダクトによって形成された環状通路を通る。ファンダクトの出口はコアナセルと可変面積ファンノズルの中間に画定される。一部の実装形態では、可変面積ファンノズルは、ファンダクトの一部を形成する軸方向に並進可能な逆スラストスリーブの下流端に固定される。ファンフローはこの出口から出る。エンジンフローとファンフローとが一緒になって、航空機を前方に推進するスラストを生じる。   Bypass turbofan engines typically produce two types of exhaust flow components, engine core flow and fan flow. The engine core flow is discharged from the core flow nozzle after passing through the core engine. The fan flow passes through an annular passage formed by a core engine nacelle surrounding the core engine and a fan duct surrounding at least a portion of the core engine nacelle. The fan duct outlet is defined between the core nacelle and the variable area fan nozzle. In some implementations, the variable area fan nozzle is secured to the downstream end of an axially translatable reverse thrust sleeve that forms part of the fan duct. Fan flow exits from this exit. The engine flow and fan flow together create a thrust that propels the aircraft forward.

バイパスターボファンエンジンでは、コアフローノズルにおけるエンジンコアフロースロート面積およびファンノズルにおけるファンフロースロート面積は、好ましくは、特定のエンジン動作条件に合わせて最適化される。例えば、離陸中は、巡航飛行中に必要とされる低いレベルのスラストと比較すると、比較的高いレベルのスラストがエンジンに必要とされる。ファンノズルにおけるスロート面積が一定であるファンダクトを通る空気流の量または質量を増大させると、空気流の速度が上昇する。ノズル出口速度が上昇すると、ノズルによって生じる騒音の量が増大する。   In a bypass turbofan engine, the engine core flow throat area at the core flow nozzle and the fan flow throat area at the fan nozzle are preferably optimized for specific engine operating conditions. For example, during takeoff, a relatively high level of thrust is required for the engine as compared to the low level of thrust required during cruise flight. Increasing the amount or mass of air flow through the fan duct with a constant throat area at the fan nozzle increases the speed of the air flow. As the nozzle exit speed increases, the amount of noise produced by the nozzle increases.

離陸中など、高スラスト事象中に発生する騒音を低減する手段としてファンノズルスロート面積を増大させる一手法は、ファンノズル出口の外部との境界を形成する可動式のフラップまたはペタルを使用するものである。こうしたフラップまたはペタルは、外側に偏位してファンノズルのスロート面積を拡大し、それにより、排気速度を低下させることができるか、または逆に、内側に偏位して、ファンノズルのスロート面積を縮小し、それにより、排気速度を上昇させることができる。   One way to increase the fan nozzle throat area as a means of reducing noise generated during high thrust events, such as during takeoff, is to use a movable flap or petal that forms a boundary with the outside of the fan nozzle outlet. is there. These flaps or petals can be displaced outwards to increase the fan nozzle throat area, thereby reducing the exhaust speed, or conversely, they can be displaced inward to increase the fan nozzle throat area. Can be reduced, thereby increasing the exhaust speed.

軸方向に並進可能な逆スラストスリーブの後縁リップ領域に取り付けられたフラップまたはパネル(以下、「ペタル」とする)を偏位させることによってファンノズルの面積を変更する(それにより、ファンフローを調整する)ことが知られている。本明細書(特許請求の範囲を含む)では、用語「スリーブ」は少なくとも以下の構成を含む:(1)ファンダクトの円周の大部分に沿ってエンジンパイロンの片側から反対側まで延在する軸方向に並進可能な一部片のスリーブ、(2)上側ビームおよび下側ビームに固定されたレールに装着され上側ビームから下側ビームまで延在する、軸方向に並進可能な2つのハーフカウル。後者の構成によれば、上側ビームは、エンジンにアクセスしそれを取り外すために逆スラスト装置を解放できる主ヒンジビームである。下側ビーム(以下、「ラッチビーム」と称する)は、2つのハーフカウルを互いにロックする手段である。したがって、第2の構成は、典型的には、2本の上側ヒンジビームおよび2本のラッチビームを有する。   The fan nozzle area is changed by deflecting a flap or panel (hereinafter referred to as “petal”) attached to the trailing edge lip region of the axially translatable reverse thrust sleeve (which reduces the fan flow) To be adjusted). As used herein (including claims), the term “sleeve” includes at least the following configurations: (1) extends from one side of the engine pylon to the opposite side along most of the circumference of the fan duct. An axially translatable piece of sleeve, (2) two axially translatable half cowls mounted on rails fixed to the upper and lower beams and extending from the upper beam to the lower beam . According to the latter configuration, the upper beam is the main hinge beam that can release the reverse thrust device to access and remove the engine. The lower beam (hereinafter referred to as “latch beam”) is a means for locking the two half cowls together. Thus, the second configuration typically has two upper hinge beams and two latch beams.

ペタルの偏位を行う多くのシステムが提案されているが、ペタルの前縁領域を作動させペタルを動かすのに大きい力を必要とする。それらの解決策はまた、機械的摩擦および摩耗を生み出す機械構成要素を用いる。   Many systems that perform petal deflection have been proposed, but require a large force to actuate the petal's leading edge region and move the petal. These solutions also use mechanical components that create mechanical friction and wear.

米国特許出願公開第2005/0198777号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0198777 米国特許第6100463号明細書US Pat. No. 6,100,143

同等の動力を有する機械式アクチュエータよりもアクチュエータが軽量であり、摩耗しにくい、したがってメンテナンスをあまり必要としない、ペタル作動システムを提供することが望ましい。   It would be desirable to provide a petal actuation system that is lighter in weight and less subject to wear than mechanical actuators with comparable power, thus requiring less maintenance.

本明細書で開示される主題は、作動の原理が、協働する機械部品の動きではなくアクチュエータの形状変化(すなわち、変形)によって実現されるペタル作動システムを対象としている。それらのアクチュエータには回転式または摺動式の機械構成要素がないので、摩耗およびそれに関連するメンテナンスが軽減される。本明細書で開示される実施形態によれば、変形可能なアクチュエータは、通電されると(すなわち、加熱されると)特定の様式で形状が変化するようにトレーニング処理されている形状記憶合金(SMA)を含む。SMAアクチュエータはそれぞれ、空力抵抗を低減するフェアリングとして働くような形になっている。SMAアクチュエータを使用すると、後縁におけるナセルのフープの強度を復元することによって、フロー制御面をより軽量の設計にすることができる。SMAアクチュエータの設計により、アクチュエータシステムが故障した場合、隣接するペタルが最後に命令された位置に留まることになるので、システムの信頼性も向上する。   The subject matter disclosed herein is directed to a petal actuation system where the principle of actuation is realized by a change in shape (ie, deformation) of the actuator rather than the movement of cooperating mechanical parts. Since these actuators have no rotating or sliding mechanical components, wear and associated maintenance is reduced. According to embodiments disclosed herein, a deformable actuator is a shape memory alloy that has been trained to change shape in a particular manner when energized (ie, heated). SMA). Each SMA actuator is shaped to act as a fairing that reduces aerodynamic drag. Using an SMA actuator, the flow control surface can be made a lighter design by restoring the nacelle hoop strength at the trailing edge. The design of the SMA actuator also improves system reliability because if an actuator system fails, the adjacent petals will remain in the last commanded position.

一部の実施形態によれば、ペタル作動システムは、円周方向に分布した1方向SMAアクチュエータを2組備える。一方の組は、加熱されてペタルを外側に偏位させることができ、他方の組は、加熱されてペタルを内側に偏位させることができる。1方向SMAアクチュエータは、隣接するペタル間で対になって配置されている。各対は、反対に作用する(すなわち、対抗する)それぞれの第1組および第2組のSMAアクチュエータを構成する。対抗するSMAアクチュエータの対は、ペタルの後縁の近くに据え付けられる。SMAアクチュエータをノズルの後縁の近くに取り付けると、流れの表面の角度位置を制御するのに必要な力が最小限に抑えられる。   According to some embodiments, the petal actuation system comprises two sets of circumferentially distributed unidirectional SMA actuators. One set can be heated to deflect the petal outward, and the other set can be heated to deflect the petal inward. One-way SMA actuators are arranged in pairs between adjacent petals. Each pair constitutes a respective first and second set of SMA actuators that act oppositely (ie, oppose). The opposing SMA actuator pair is mounted near the trailing edge of the petal. When the SMA actuator is mounted near the trailing edge of the nozzle, the force required to control the angular position of the flow surface is minimized.

他の実施形態によれば、ペタル作動システムは、円周方向に分布した1組の2方向SMAアクチュエータを備える。(本明細書では、用語「2方向SMAアクチュエータ」は、2方向の記憶効果を生じるようにトレーニング処理された形状記憶合金を備えたアクチュエータを指す。)2方向SMAアクチュエータはそれぞれ、交替で加熱および冷却されて、ペタルを外側および内側に(または代替形態では、内側および外側に)それぞれ偏位させることができる。1方向SMAアクチュエータと同様に、2方向SMAアクチュエータは、後縁の近くの隣接するペタル間に配置される。   According to another embodiment, the petal actuation system comprises a set of circumferentially distributed two-way SMA actuators. (In this specification, the term “two-way SMA actuator” refers to an actuator with a shape memory alloy that has been trained to produce a two-way memory effect.) Each two-way SMA actuator is alternately heated and Once cooled, the petals can be deflected outward and inward (or alternatively inward and outward, respectively). Similar to one-way SMA actuators, two-way SMA actuators are placed between adjacent petals near the trailing edge.

本明細書で開示される主題の一態様は、湾曲した形状を有する支持部材と、第1のペタルおよび第2のペタルがそれぞれ内側または外側に偏位できるようにして支持部材に接続された第1のペタルおよび第2のペタルであって、隙間によって互いに分離している第1のペタルおよび第2のペタルと、隙間にまたがる第1の部分と、第1の部分に連結され第1のペタルおよび第2のペタルにそれぞれ取り付けられた第2の部分および第3の部分とを備えた本体とを備える可変面積ファンノズルである。第1の部分は、その温度が遷移温度未満から遷移温度超まで上昇すると第1の形状変化を受けるという特徴を有する形状記憶合金から作製されている。本体は、本体の第1の部分が第1の形状変化を受けると第1のペタルおよび第2のペタルを偏位させるように配置されている。好ましくは、本体の第1の部分は、空力抵抗を最小限に抑えるように設計されたプロフィル(例えば、V字形の横断面)を有する。可変面積ファンノズルが左側ファンノズルアセンブリおよび右側ファンノズルアセンブリを備える多くの場合に、各ファンノズルアセンブリはこの段落で言及した要素を備えることができる。   One aspect of the subject matter disclosed herein includes a support member having a curved shape and a first member connected to the support member such that the first and second petals can be displaced inward or outward, respectively. A first petal and a second petal that are separated from each other by a gap, a first part that spans the gap, and a first petal connected to the first part. And a body with a second portion and a third portion attached to the second petal, respectively, and a variable area fan nozzle. The first portion is made from a shape memory alloy having the characteristic of undergoing a first shape change when its temperature rises from below the transition temperature to above the transition temperature. The main body is arranged to deflect the first petal and the second petal when the first portion of the main body undergoes a first shape change. Preferably, the first portion of the body has a profile (eg, a V-shaped cross section) designed to minimize aerodynamic drag. In many cases where the variable area fan nozzle comprises a left fan nozzle assembly and a right fan nozzle assembly, each fan nozzle assembly can comprise the elements mentioned in this paragraph.

一実施形態によれば、形状記憶合金は、その温度が遷移温度超から遷移温度未満まで低下すると第2の形状変化を受けるというさらなる特徴を有することができる。この事例では、その本体は、本体の第1の部分が2つの形状変化のうちの一方を受けると第1のペタルおよび第2のペタルを偏位させる外側に偏位させ、本体の第1の部分が形状変化のうちの他方を受けると内側に偏位させる。   According to one embodiment, the shape memory alloy can have the further feature that it undergoes a second shape change when its temperature drops from above the transition temperature to below the transition temperature. In this case, the body is deflected outwardly to deflect the first petal and the second petal when the first portion of the body receives one of the two shape changes, and the first part of the body When the part receives the other of the shape changes, it is displaced inward.

別の実施形態によれば、2方向形状記憶合金を用いる代わりに、可変面積ファンノズルはさらに、隙間にまたがる第1の部分と、第2の本体の第1の部分に連結され第1のペタルおよび第2のペタルにそれぞれ取り付けられた第2の部分および第3の部分とを備えた第2の本体を備えることができる。この実施形態は以下のさらなる特性を有することができる:(a)第2の本体の第1の部分は、その温度が遷移温度未満から遷移温度超まで上昇すると第2の形状変化を受けるという特徴を有する形状記憶合金から作製される、(b)第2の本体は、第2の本体の第1の部分が第2の形状変化を受けると第1のペタルおよび第2のペタルを内側に偏位させるように配置されている、(c)第1の本体は、第1の本体の第1の部分が第1の形状変化を受けると第1のペタルおよび第2のペタルを外側に偏位させるように配置されている。   According to another embodiment, instead of using a two-way shape memory alloy, the variable area fan nozzle is further coupled to a first portion spanning the gap and a first portion of the second body connected to the first petal. And a second body with a second portion and a third portion attached to the second petal, respectively. This embodiment may have the following additional properties: (a) The first portion of the second body is characterized by undergoing a second shape change when its temperature rises from below the transition temperature to above the transition temperature. (B) the second body is configured such that the first petal and the second petal are biased inward when the first portion of the second body undergoes a second shape change. (C) the first body deviates outwardly when the first portion of the first body undergoes a first shape change. It is arranged to let you.

本明細書で開示される主題の別の態様は、ノズルの出口面積を変更する方法であって、第1の複数の要素のそれぞれの部分の温度を遷移温度未満から遷移温度超まで上昇させることを含み、第1の複数の要素のそれぞれの部分が、遷移温度未満から遷移温度超まで温度が上昇する間に形状を変化させる形状記憶合金から作製される、方法である。   Another aspect of the presently disclosed subject matter is a method for changing an exit area of a nozzle, the temperature of each portion of the first plurality of elements being increased from below a transition temperature to above a transition temperature. Each part of the first plurality of elements is made from a shape memory alloy that changes shape while the temperature rises from below the transition temperature to above the transition temperature.

さらなる態様によれば、可変面積ファンノズルが、内側または外側に一斉に偏位できる複数のペタルと、ペタルに取り付けられた第1の複数のペタル偏位アクチュエータであって、第1の複数のペタル偏位アクチュエータがそれぞれ、その温度が遷移温度未満から遷移温度超まで上昇すると形状が変化する形状記憶合金を含み、その形状変化によりペタルが偏位する、第1の複数のペタル偏位アクチュエータとを備える。   According to a further aspect, the variable area fan nozzle includes a plurality of petals that can be displaced inward or outward simultaneously, and a plurality of first petal displacement actuators attached to the petals, wherein the first plurality of petals Each of the displacement actuators includes a shape memory alloy whose shape changes when its temperature rises from below the transition temperature to above the transition temperature, and the first plurality of petal displacement actuators whose petals are displaced due to the shape change. Prepare.

一実施形態によれば、形状記憶合金はまた、その温度が遷移温度超から遷移温度未満まで低下すると形状が変化する。ペタルは、温度上昇によってペタル偏位アクチュエータの形状を変化させるとある方向に偏位し、温度の低下によってペタル偏位アクチュエータの形状が変化すると反対の方向に偏位する。   According to one embodiment, the shape memory alloy also changes shape when its temperature drops from above the transition temperature to below the transition temperature. The petal is displaced in a certain direction when the shape of the petal displacement actuator is changed due to a temperature rise, and is displaced in the opposite direction when the shape of the petal displacement actuator is changed due to a temperature decrease.

別の実施形態によれば、可変面積ファンノズルはさらに、ペタルに取り付けられた第2の複数のペタル偏位アクチュエータを備え、第2の複数のペタル偏位アクチュエータはそれぞれ、その温度が遷移温度未満から遷移温度超まで上昇すると形状が変化する形状記憶合金を含む。第1の複数のペタル偏位アクチュエータの形状変化により、ペタルがある方向に偏位し、第2の複数のペタル偏位アクチュエータの形状変化により、ペタルが反対方向に偏位する。   According to another embodiment, the variable area fan nozzle further comprises a second plurality of petal displacement actuators attached to the petals, each of the second plurality of petal displacement actuators having a temperature below the transition temperature. Shape memory alloys whose shape changes as the temperature rises above the transition temperature. Due to the shape change of the first plurality of petal displacement actuators, the petal is displaced in a certain direction, and due to the shape change of the second plurality of petal displacement actuators, the petal is displaced in the opposite direction.

さらに別の態様は、湾曲した形状を有する支持部材を備えた後縁リップ領域を有するスリーブまたはダクトと、各ペタルが内側または外側に偏位できるようにして接続された複数のペタルであって、隣接するペタルがそれぞれの隙間によって互いに分離している、複数のペタルと、隙間に分布した複数の変形可能な要素であって、変形可能な要素がそれぞれ、遷移温度超の温度まで加熱されると形状が変化する形状記憶合金を含む、変形可能な要素と、変形可能な要素のそれぞれの表面に熱的に接続された複数の電気ヒータと、電気ヒータへの電力の供給を制御するようにプログラムされたコンピュータシステムとを備える航空機上に据え付けられた装置である。この装置はさらに、ペタルの現在の位置を表すポジションフィードバック信号を発生する1つまたは複数のセンサを備えることができる。したがって、コンピュータシステムは、変形可能な要素の形状が変化するかまたは維持するようにヒータに電気パルスを提供するようにプログラムされ、パルスの数は、ペタルの目標位置を表す目標位置データとポジションフィードバック信号から生成されたポジションフィードバックデータとの比較の結果に応じて変わる。   Yet another aspect is a plurality of petals connected with a sleeve or duct having a trailing edge lip region with a support member having a curved shape and each petal being deflected inward or outward, Adjacent petals separated from each other by a gap, and a plurality of petals and a plurality of deformable elements distributed in the gap, each of the deformable elements being heated to a temperature above the transition temperature A deformable element comprising a shape memory alloy that changes shape, a plurality of electric heaters thermally connected to the respective surfaces of the deformable element, and a program to control the supply of power to the electric heater Installed on an aircraft with an integrated computer system. The apparatus can further comprise one or more sensors that generate a position feedback signal representative of the current position of the petal. Thus, the computer system is programmed to provide an electrical pulse to the heater so that the shape of the deformable element changes or maintains, the number of pulses being the target position data representing the petal target position and position feedback. It changes according to the result of comparison with the position feedback data generated from the signal.

他の態様は以下に開示し特許請求する。   Other aspects are disclosed and claimed below.

左側アセンブリおよび右側アセンブリを備えた(左側アセンブリのみ示す)可変面積ファンノズルを有する、典型的な航空機のターボファンエンジンの部分等角図を示す図である。1 shows a partial isometric view of a typical aircraft turbofan engine having a variable area fan nozzle with a left side assembly and a right side assembly (only the left side assembly is shown). FIG. 一実施形態によるペタルの後縁の近くの隙間に配設された相互に対抗する変形可能な1対のアクチュエータのうちの一方または他方の形状が変化することによって、内側または外側に交互に偏位させることができる、隣接する1対のペタルの(上からの)等角図を示す図である。ペタルは、外側(上側)に偏位した位置および内側(下側)に偏位した位置に示されている。Displacement inward or outward alternately by changing the shape of one or the other of a pair of mutually deformable actuators disposed in a gap near the trailing edge of the petal according to one embodiment FIG. 6 shows an isometric view (from the top) of a pair of adjacent petals that can be made. The petals are shown in a position displaced outward (upper) and a position displaced inward (lower). 相互に対抗する変形可能な1対のアクチュエータのうちの一方の変形可能なアクチュエータが拡張するとき(矢印AおよびBで表示する)に上向き(すなわち、外側)に偏位する1対のペタルを示す概念図である。Shows a pair of petals that deviate upward (ie, outward) when one of the deformable actuators that oppose each other expands (indicated by arrows A and B). It is a conceptual diagram. 相互に対抗する変形可能な1対のアクチュエータのうちの他方の変形可能なアクチュエータが収縮するとき(矢印CおよびDで表示する)に下向き(すなわち、内側)に偏位する1対のペタルを示す概念図である。Shows a pair of petals that deviate downward (ie, inward) when the other of the pair of deformable actuators that oppose each other contracts (indicated by arrows C and D). It is a conceptual diagram. 図2に描写するペタルおよび変形可能なアクチュエータの(下からの)等角図を示す図である。ここでもペタルは外側に偏位した位置および内側に偏位した位置に示されている。FIG. 3 shows an isometric view (from below) of the petal and deformable actuator depicted in FIG. Again, the petals are shown in an outwardly displaced position and an inwardly displaced position. さらなる実施形態によるペタルの後縁の近くの隙間に配設された相互に対抗する変形可能な1対のアクチュエータの一方または他方を加熱することによって、内側または外側に交互に偏位できる隣接する1対のペタルの(上からの)等角図を示す図である。破線はペタルカバー(図示せず)の位置を表示する。Adjacent ones that can be alternately displaced inward or outward by heating one or the other of a pair of mutually deformable actuators disposed in a gap near the trailing edge of the petal according to a further embodiment FIG. 5 is an isometric view (from above) of a pair of petals. The broken line indicates the position of the petal cover (not shown). ブロックが一実施形態によるペタル偏位システムの構成要素のいくつかを表すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram that represents some of the components of a petal excursion system according to one embodiment.

以下で図面を参照するが、異なる図面でも同様の要素は同じ参照番号を有する。   Reference will now be made to the drawings, in which like elements have the same reference numerals in the different drawings.

次に、ターボファン航空機エンジンの逆スラストスリーブに適用された様々な実施形態を説明する。ただし、開示する可変面積ファンノズルシステムは、逆スラストスリーブが組み込まれていないファンダクトの後縁リップ領域にも適用される。   Various embodiments applied to turbofan aircraft engine reverse thrust sleeves will now be described. However, the disclosed variable area fan nozzle system also applies to the trailing edge lip region of a fan duct that does not incorporate a reverse thrust sleeve.

図1に、左側アセンブリおよび右側アセンブリ(左側アセンブリのみ示す)を備えた可変面積ファンノズルを有する、典型的な航空機のターボファンエンジンの部分等角図を示す。コアエンジンナセルがコアエンジン(図示せず)を囲繞している。ターボファンエンジンは、コアエンジンナセルの下流端を形成するコアフローノズル12から出るエンジン排気のコアフローと、逆スラストスリーブ16の下流端またはリップ領域に装着された可変面積ファンノズル14(図示しない右側アセンブリを含む)から出るファンフローの両方からスラストを与える。スリーブ16はコアエンジンナセルの少なくとも一部分に重なる。一般に、コアフローはファンフローよりも高速である。   FIG. 1 shows a partial isometric view of a typical aircraft turbofan engine having a variable area fan nozzle with a left side assembly and a right side assembly (only the left side assembly is shown). A core engine nacelle surrounds a core engine (not shown). The turbofan engine includes a core flow of engine exhaust that exits the core flow nozzle 12 that forms the downstream end of the core engine nacelle, and a variable area fan nozzle 14 (on the right side assembly not shown) mounted at the downstream end or lip region of the reverse thrust sleeve 16. Thrust from both the fan flow that comes out of (including). The sleeve 16 overlaps at least a portion of the core engine nacelle. In general, the core flow is faster than the fan flow.

既知の一実装形態によれば、可変面積ファンノズル14はヒンジ式の剛性ペタル18を多数備え、その剛性ペタル18は、内側または外側に偏位したときにファンダクトを通るファンフローを変更するように構成されている。任意選択では、ペタル18は、その遠位端(すなわち、後方端)にシェブロン(図示せず)を取り付けることができる。ペタル18は、逆スラストスリーブ16の後縁リップに沿って並ぶように配設される。一方で、逆スラストスリーブが軸方向に並進可能な一部片のスリーブ(図1には図示せず)である場合は、ペタルの列は、エンジンパイロンの片側から反対側までファンダクトの円周の大部分に沿って延在することになる。他方で(図1に示すように)、逆スラストスリーブが、上側(すなわち、ヒンジ)ビーム20および下側(すなわち、ラッチ)ビーム22に固定されたレールに装着された軸方向に並進可能なハーフカウルを2つ備える場合は、ペタル列は、それぞれのハーフカウルに取り付けられた2組のペタルから成る。ペタルの各組は8枚のペタルを備え、それらペタルは、エンジンのそれぞれの側でそれぞれの上側ビームからそれぞれの下側ビームまで延在する曲線に沿って円周方向に分布する。   According to one known implementation, the variable area fan nozzle 14 includes a number of hinged rigid petals 18 that change the fan flow through the fan duct when deflected inward or outward. It is configured. Optionally, the petal 18 can have a chevron (not shown) attached to its distal end (ie, the rear end). The petals 18 are arranged along the trailing edge lip of the reverse thrust sleeve 16. On the other hand, if the reverse thrust sleeve is a piece of sleeve (not shown in FIG. 1) that is axially translatable, the petal row extends from one side of the engine pylon to the opposite side of the fan duct. Will extend along most of. On the other hand (as shown in FIG. 1), the reverse thrust sleeve is an axially translatable half mounted on a rail secured to the upper (ie, hinge) beam 20 and the lower (ie, latch) beam 22. In the case of two cowls, the petal train consists of two sets of petals attached to each half cowl. Each set of petals comprises eight petals, which are distributed circumferentially along a curve extending from each upper beam to each lower beam on each side of the engine.

図1に示す実施形態によれば、ペタル18の前方端部は、それぞれのヒンジによってバルクヘッド26に枢動可能に接続されている。バルクヘッド26は、軸に心合わせされた円弧の形状である。任意選択では、ヒンジは、複合材または金属材料から作製された可撓性の(すなわち、リビング)ヒンジとすることができる。円弧状のバルクヘッド26の端部はヒンジビーム20およびラッチビーム22によって支持されている。制御システムが、作動システム(図1には図示せず)を制御するように構成されている。その作動システムは、巡航飛行条件ではペタル18を定格位置から内側に偏位させて燃料効率を最大にする。作動システムを逆転させると、ペタルは定格位置に戻る。   According to the embodiment shown in FIG. 1, the forward end of the petal 18 is pivotally connected to the bulkhead 26 by respective hinges. The bulkhead 26 has a circular arc shape centered on an axis. Optionally, the hinge can be a flexible (ie, living) hinge made from a composite or metal material. The end of the arc-shaped bulkhead 26 is supported by the hinge beam 20 and the latch beam 22. A control system is configured to control an actuation system (not shown in FIG. 1). The operating system deflects the petal 18 inward from the rated position under cruise flight conditions to maximize fuel efficiency. When the actuation system is reversed, the petals return to their rated positions.

各組のペタルに関しては、隣接するペタル18は三角形または台形の隙間または空間によって分離されており、こうした隙間はそれぞれ、それぞれのエラストマーシールによって占められており、そのエラストマーシールは、相接するペタルに留められ確実に漏出を無くす。図1では、エラストマーシールはそれぞれの隙間カバー10によってカバーされている。各隙間カバー10は、それぞれのペタル18の左の縁部に取り付けられており、隣接するペタルには取り付けられておらず、それにより、ペタルが内側に動くと隙間が狭くなり、外側に動くと隙間が広くなることが可能である。   For each set of petals, adjacent petals 18 are separated by a triangular or trapezoidal gap or space, each of which is occupied by a respective elastomeric seal that is connected to the adjacent petal. Secured to eliminate leaks. In FIG. 1, the elastomer seals are covered by respective gap covers 10. Each gap cover 10 is attached to the left edge of each petal 18 and is not attached to an adjacent petal so that when the petal moves inward, the gap narrows and when it moves outward. The gap can be widened.

可変面積ファンノズルのペタルの位置を制御するための多くのタイプの作動システムが提案されている。本明細書で開示されるペタル作動システムでは、作動の原理は、協働する機械部品の動きではなくペタル偏位アクチュエータの形状変化(すなわち、変形)によって実現される。本明細書で開示される実施形態によれば、変形可能なアクチュエータは、加熱時に特定の様式で形状が変化するようにトレーニング処理された形状記憶合金を含む。SMAアクチュエータはそれぞれ、空力抵抗を低減するためにフェアリングとして働くような形になっている。   Many types of actuation systems have been proposed for controlling the petal position of variable area fan nozzles. In the petal actuation system disclosed herein, the principle of actuation is realized by a change in shape (ie, deformation) of the petal excursion actuator rather than movement of cooperating mechanical parts. According to embodiments disclosed herein, a deformable actuator includes a shape memory alloy that has been trained to change shape in a particular manner upon heating. Each SMA actuator is shaped to act as a fairing to reduce aerodynamic drag.

図2〜図5に示す一実施形態によれば、ペタル作動システムは、円周方向に分布した1方向SMAアクチュエータを2組備える。一方の組は、加熱されてペタルを外側に偏位させることができ、他方の組は、加熱されてペタルを内側に偏位させることができる。1方向SMAアクチュエータは、隣接するペタル間で対になって位置する。各対は、反対に作用する(すなわち、相互に対抗する)それぞれの第1組および第2組のSMAアクチュエータを構成する。対抗するSMAアクチュエータの対は、ペタルの後縁の近くに据え付けられる。SMAアクチュエータをノズルの後縁の近くに取り付けると、流れの表面の角度位置を制御するのに必要な力が最小限に抑えられる。   According to one embodiment shown in FIGS. 2-5, the petal actuation system comprises two sets of circumferentially distributed unidirectional SMA actuators. One set can be heated to deflect the petal outward, and the other set can be heated to deflect the petal inward. One-way SMA actuators are located in pairs between adjacent petals. Each pair constitutes a respective first and second set of SMA actuators acting in opposition (ie, opposing each other). The opposing SMA actuator pair is mounted near the trailing edge of the petal. When the SMA actuator is mounted near the trailing edge of the nozzle, the force required to control the angular position of the flow surface is minimized.

図2に、隣接する1対のペタル18aおよび18bの(上からの)等角図を示す。それらのペタルは、一実施形態によるペタルの後縁の近くの隙間に配設された相互に対抗する変形可能な1対のアクチュエータ2および4の一方または他方の形状が変化することによって、内側または外側に交替で偏位させることができる。ペタルは、外側(上側)に偏位した位置および内側(下側)に偏位した位置に示されている。   FIG. 2 shows an isometric view (from above) of a pair of adjacent petals 18a and 18b. These petals are either inwardly deformed by changing the shape of one or the other of a pair of mutually deformable actuators 2 and 4 disposed in a gap near the trailing edge of the petal according to one embodiment. It can be displaced to the outside alternately. The petals are shown in a position displaced outward (upper) and a position displaced inward (lower).

図2に示す実施形態によれば、SMAアクチュエータ2は、ペタル18aおよび18bを外側に偏位させるようにして形状が変化するように構成およびトレーニング処理されており、SMAアクチュエータ4は、ペタル18aおよび18bを内側に偏位させるようにして形状が変化するように構成およびトレーニング処理されている。形状変化により、ペタルを偏位させるための作動力が生じる。図2に見られるように、ペタル18aおよび18bは隙間によって分離されている。SMAアクチュエータ2および4は隙間を通って突出しており、SMAアクチュエータ2の前縁がSMAアクチュエータ4の後縁に隣接した位置にある。SMAアクチュエータの後縁は、ペタル18aおよび18bの後縁と位置合わせすることができる。図2に示す実装形態では、隙間の残りの部分はエラストマーシール24によって占められている。あるいは、エラストマーシールは、(後から詳細に説明する)図6に示すようにSMAアクチュエータ2および4の下を全体にわたってペタル18aおよび18bの後縁まで延在することができる。   According to the embodiment shown in FIG. 2, the SMA actuator 2 is configured and trained to change shape so that the petals 18a and 18b are deflected outward, and the SMA actuator 4 includes the petals 18a and 18b. The configuration and the training process are performed so that the shape changes so as to deviate 18b inward. Due to the shape change, an actuating force for deflecting the petal is generated. As can be seen in FIG. 2, petals 18a and 18b are separated by a gap. The SMA actuators 2 and 4 protrude through the gap, and the front edge of the SMA actuator 2 is located adjacent to the rear edge of the SMA actuator 4. The trailing edge of the SMA actuator can be aligned with the trailing edges of petals 18a and 18b. In the implementation shown in FIG. 2, the remainder of the gap is occupied by the elastomer seal 24. Alternatively, the elastomeric seal can extend under the SMA actuators 2 and 4 to the trailing edges of the petals 18a and 18b as shown in FIG. 6 (described in detail later).

SMAアクチュエータ2および4の作動の原理が図3および図4に示されている。図3に、SMAアクチュエータ2が拡張するとき(矢印AおよびBで表示する)に、ペタル18a、18bが上向き(すなわち、外側)に偏位しているところを示す。図4に、SMAアクチュエータ4が収縮するとき(矢印CおよびDで表示する)に、ペタル18a、18bが下向き(すなわち、内側)に偏位しているところを示す。   The principle of operation of the SMA actuators 2 and 4 is shown in FIGS. FIG. 3 shows the petals 18a and 18b being displaced upward (ie, outward) when the SMA actuator 2 is expanded (indicated by arrows A and B). FIG. 4 shows the petals 18a and 18b being displaced downward (ie, inward) when the SMA actuator 4 contracts (indicated by arrows C and D).

図3に示すように、SMAアクチュエータ2は、ペタル18aと18bとの間の隙間にまたがるアクティブ部分2aと、アクティブ部分2aに連結されペタル18bに取り付けられた第1のフランジ2bと、アクティブ部分2aに連結されペタル18aに取り付けられた第2のフランジ2cとを備えた本体である。アクティブ部分2aは形状記憶合金製であり、その形状記憶合金は、その温度が遷移温度未満から遷移温度超まで上昇するときに第1の形状変化を受けるという特徴を有する。SMAアクチュエータ2は、アクティブ部分2aが第1の形状変化を受けるときはペタル18a、18bを外側に偏位させるように配置される。好ましくは、SMAアクチュエータ2のフランジ2bおよび2cは、熱に誘発される形状変化を受けにくい材料から作製される。例えば、フランジ2bおよび2cは、上述の遷移温度で形状が変化するようにトレーニング処理されていない形状記憶合金から作製することができる。   As shown in FIG. 3, the SMA actuator 2 includes an active portion 2a that spans the gap between the petals 18a and 18b, a first flange 2b that is connected to the active portion 2a and attached to the petal 18b, and an active portion 2a. And a second flange 2c attached to the petal 18a. The active portion 2a is made of a shape memory alloy, and the shape memory alloy is characterized in that it undergoes a first shape change when its temperature rises from below the transition temperature to above the transition temperature. The SMA actuator 2 is arranged so as to deviate the petals 18a and 18b outward when the active portion 2a undergoes the first shape change. Preferably, the flanges 2b and 2c of the SMA actuator 2 are made of a material that is not susceptible to heat-induced shape changes. For example, the flanges 2b and 2c can be made from a shape memory alloy that has not been trained to change shape at the transition temperatures described above.

図4に示すように、SMAアクチュエータ4は、やはり、ペタル18aと18bとの間の隙間にまたがるアクティブ部分4aと、アクティブ部分4aに連結されペタル18bに取り付けられた第1のフランジ4bと、アクティブ部分4aに連結されペタル18aに取り付けられた第2のフランジ4cとを備えた本体である。アクティブ部分4aは形状記憶合金製であり、その温度が遷移温度未満から遷移温度超まで上昇するときに第2の形状変化を受けるという特徴を有する。SMAアクチュエータ4は、アクティブ部分4aが第2の形状変化を受けるときにペタル18a、18bを内側に偏位させるように配置される。好ましくは、SMAアクチュエータ4のフランジ4bおよび4cは、熱に誘発される形状変化を受けにくい材料から作製される。例えば、フランジ4bおよび4cは、上述の遷移温度で形状が変化するようにトレーニング処理されていない形状記憶合金から作製することができる。   As shown in FIG. 4, the SMA actuator 4 also includes an active portion 4a that spans the gap between the petals 18a and 18b, a first flange 4b that is connected to the active portion 4a and attached to the petal 18b, It is a main body provided with the 2nd flange 4c connected with the part 4a and attached to the petal 18a. The active portion 4a is made of a shape memory alloy and has a feature that it undergoes a second shape change when its temperature rises from below the transition temperature to above the transition temperature. The SMA actuator 4 is arranged to deflect the petals 18a, 18b inward when the active portion 4a undergoes the second shape change. Preferably, the flanges 4b and 4c of the SMA actuator 4 are made of a material that is not susceptible to heat-induced shape changes. For example, the flanges 4b and 4c can be made from a shape memory alloy that has not been trained to change shape at the transition temperatures described above.

SMAアクチュエータ2および4のそれぞれのアクティブ部分2aおよび4aは、異なる形状記憶合金から作製することができ、その場合、前述の2つの段落で言及されたそれぞれの遷移温度は異なることがある。好ましくは、それぞれのアクティブ部分2aおよび4aはそれぞれ、空力抵抗を最小限に抑えるように設計されたプロフィル(例えば、V字形の横断面)を有する。   Each active portion 2a and 4a of SMA actuators 2 and 4 can be made from different shape memory alloys, in which case the respective transition temperatures mentioned in the previous two paragraphs may be different. Preferably, each active portion 2a and 4a each has a profile (eg, a V-shaped cross section) designed to minimize aerodynamic drag.

一実施形態によれば、SMAアクチュエータ2のフランジ2bおよび2cおよびSMAアクチュエータ4のフランジ4bおよび4cは、図5に示すように、ペタル18aおよび18bの内面のそれぞれの周縁部分に取り付けられている。エラストマーシール24は、ペタル18aおよび18bの内面のそれぞれの周縁部分の取り付けのためのフランジ24aおよび24bを備えることもできる。   According to one embodiment, the flanges 2b and 2c of the SMA actuator 2 and the flanges 4b and 4c of the SMA actuator 4 are attached to respective peripheral portions of the inner surfaces of the petals 18a and 18b, as shown in FIG. The elastomer seal 24 may also include flanges 24a and 24b for attachment of respective peripheral portions of the inner surfaces of the petals 18a and 18b.

上記で説明したアクチュエータに組み込まれた形状記憶合金は、所望の拘束運動に従ってトレーニング処理されており、その拘束運動は連結された構造の相対運動に応じて変わることを理解されたい。形状記憶合金は、異なる「トレーナ(trainer)」(その記憶形状を維持するために形状記憶合金をトレーニング処理するのに使用される機械的な仕組み)の設計に基づいて、異なる運動の程度にトレーニング処理することができる。   It should be understood that the shape memory alloy incorporated in the actuator described above has been trained according to the desired restraining motion, and that restraining motion varies depending on the relative motion of the connected structure. Shape memory alloys are trained to different degrees of motion based on the design of different “trainers” (mechanical mechanisms used to train shape memory alloys to maintain their memory shape). Can be processed.

形状記憶合金の主な2つのタイプは、銅−アルミニウム−ニッケルおよびニッケル−チタン(ニチノール)合金であるが、形状記憶合金は、亜鉛、銅、金、および鉄を合金にすることによって作り出すこともできる。様々な実施形態において、アクチュエータはニチノールを含むことができるが、銅、亜鉛、アルミニウム、ニッケル、チタン、パラジウム、および/または他の材料の他の様々な形状記憶合金も使用することができる。形状記憶合金の遷移温度は、合金の組成に非常に敏感であり、構成比をわずかに変更することによって選択することができる。動作温度の範囲、所望の遷移温度、所望の遷移時間、その組み合わせなど、様々な設計の考察事項に基づいて、ロッドのための材料の選択を行うことができる。   The two main types of shape memory alloys are copper-aluminum-nickel and nickel-titanium (Nitinol) alloys, but shape memory alloys can also be created by alloying zinc, copper, gold, and iron. it can. In various embodiments, the actuator can include nitinol, but other various shape memory alloys of copper, zinc, aluminum, nickel, titanium, palladium, and / or other materials can also be used. The transition temperature of the shape memory alloy is very sensitive to the composition of the alloy and can be selected by slightly changing the composition ratio. The material selection for the rod can be made based on various design considerations such as operating temperature range, desired transition temperature, desired transition time, combinations thereof, and the like.

より具体的には、一部の実施形態では、アクチュエータは、「ニチノール55」、ニッケルが55重量%の2成分形態のニチノールから形成することができる。この実施形態は例示的であり、決して限定するものと解釈すべきではないことを理解されたい。例えば、一部の企図された実施形態では、アクチュエータは2種類以上の合金から形成することができ、合金のうちの少なくとも1つが形状記憶合金であり、合金のうちの少なくとも1つが、スチール、真鍮などであり、形状記憶合金ではない。したがって、アクチュエータは、アクチュエータの様々な部分または部位が、アクチュエータの他の部分または部位に対して異なる遷移温度および/または異なる時間における遷移に反応するように、材料および/または合金の組み合わせから形成することができることが理解されよう。例えば、各アクチュエータのアクティブ部分は形状記憶合金から形成することができ、パッシブなフランジは形状記憶合金ではない合金から形成される。   More specifically, in some embodiments, the actuator may be formed from “Nitinol 55”, a two-component form of Nitinol with 55 wt% nickel. It should be understood that this embodiment is illustrative and should not be construed as limiting in any way. For example, in some contemplated embodiments, the actuator can be formed from two or more alloys, at least one of the alloys being a shape memory alloy, and at least one of the alloys being steel, brass It is not a shape memory alloy. Thus, the actuator is formed from a combination of materials and / or alloys such that various portions or portions of the actuator are responsive to transitions at different transition temperatures and / or at different times relative to other portions or portions of the actuator. It will be understood that it can. For example, the active portion of each actuator can be formed from a shape memory alloy and the passive flange is formed from an alloy that is not a shape memory alloy.

図6に、さらなる実施形態によるペタルの後縁の近くの隙間に配設された相互に対抗する1対の1方向SMAアクチュエータ2および4のうちの一方または他方を加熱することによって内側または外側に交互に偏位できる、隣接する1対のペタル18aおよび18bの(上からの)等角図を提示する。破線はペタルカバー(図示せず)の一部を表示する。この実施形態では、1方向SMAアクチュエータ2、4の表面に、それぞれの電気ヒータが熱的に接続される。SMAアクチュエータ2が加熱されSMAアクチュエータ4が加熱されないと、アクチュエータ2の変形によって生じる作動力は、アクチュエータ4の変形の抵抗よりも大きくなるはずであり、その逆も同様である。   FIG. 6 illustrates that inward or outward by heating one or the other of a pair of opposing one-way SMA actuators 2 and 4 disposed in a gap near the trailing edge of the petal according to a further embodiment. An isometric view (from the top) of a pair of adjacent petals 18a and 18b that can be displaced alternately is presented. A broken line displays a part of a petal cover (not shown). In this embodiment, respective electric heaters are thermally connected to the surfaces of the one-way SMA actuators 2 and 4. If the SMA actuator 2 is heated and the SMA actuator 4 is not heated, the actuation force caused by the deformation of the actuator 2 should be greater than the deformation resistance of the actuator 4 and vice versa.

図6に、SMAアクチュエータ2および4のアクティブ部分のそれぞれの表面に取り付けられたそれぞれのフォイルヒータ34および36を示す。フォイルヒータはそれぞれ、蛇行パターンを形成するようにエッチングされた導電性のフォイルを備える。製造中は、フォイルは裏止め材に装着され、次いで、所望のパターンにエッチングされる。次いで、エッチングされたフォイルは誘電性マトリックス(例えば、シリコン)に重ねられ、連結部(例えば、導電性のフォイルタブまたはワイヤ)がマトリックスの外に導かれ、次いで、マトリックスが硬化する(必要な場合は裏止め材を除去する)。フォイルヒータ34は、SMAアクチュエータ2のアクティブ部分の(図6で)目に見える表面に結合され、それにより、熱的に接続され、1対の導電体38によって電源(図示せず)に連結された蛇行する導電体を備える。別のフォイルヒータ(図6では見えない)を、SMAアクチュエータ2のアクティブ部分の他方の側の表面に結合することができる。同様に、フォイルヒータ36は、SMAアクチュエータ4のアクティブ部分の目に見える表面に結合され、それにより、熱的に接続され、1対の導電体40によって電源(図示せず)に連結された蛇行する導体を備える。別のフォイルヒータ(図6では見えない)を、SMAアクチュエータ4のアクティブ部分の他方の側の表面に結合することができる。電流がフォイルヒータの加熱コイルの蛇行する導電体を通って流れると、アクチュエータのアクティブ部分の形状記憶合金が加熱される。   FIG. 6 shows respective foil heaters 34 and 36 attached to respective surfaces of the active portions of SMA actuators 2 and 4. Each foil heater includes a conductive foil that is etched to form a serpentine pattern. During manufacture, the foil is attached to a backing material and then etched into the desired pattern. The etched foil is then overlaid on a dielectric matrix (eg, silicon), connections (eg, conductive foil tabs or wires) are directed out of the matrix, and then the matrix is cured (if necessary) Remove the backing material). The foil heater 34 is coupled to the visible surface (in FIG. 6) of the active portion of the SMA actuator 2, thereby being thermally connected and coupled to a power source (not shown) by a pair of conductors 38. And a meandering conductor. Another foil heater (not visible in FIG. 6) can be coupled to the surface on the other side of the active portion of the SMA actuator 2. Similarly, the foil heater 36 is coupled to the visible surface of the active portion of the SMA actuator 4 so that it is thermally connected and serpentine coupled to a power source (not shown) by a pair of conductors 40. A conductor is provided. Another foil heater (not visible in FIG. 6) can be coupled to the surface on the other side of the active portion of the SMA actuator 4. As current flows through the serpentine conductors of the heating coil of the foil heater, the shape memory alloy in the active part of the actuator is heated.

図2〜図6に、相互に対抗する1方向SMAアクチュエータの対を用いるペタル偏位作動システムを描写する。これらの実施形態では、SMA材料は、加熱されて、そのマルテンサイト形状(すなわち、その結晶状態がマルテンサイトのときのその形状)からそのオーステナイト形状(すなわち、その結晶状態がオーステナイトのときのその形状)に遷移し、それにより、VAFNペタルを偏位させる作動力が発生する。1方向SMAアクチュエータはそれぞれ、十分に加熱されたときにそのマルテンサイト形状からそのオーステナイト形状に変化し、その加熱要素が動力源を絶たれると形状変化が止まるが、次いで、他方の1方向SMAアクチュエータがそのマルテンサイト形状からそのオーステナイト形状に変化すると(未加熱のアクチュエータは、加熱されたアクチュエータによって生じる作動力に抵抗するする抵抗力を与えるが)元の形状に戻る。   Figures 2-6 depict a petal excursion actuation system using a pair of one-way SMA actuators that oppose each other. In these embodiments, the SMA material is heated to change its martensite shape (ie, its shape when its crystalline state is martensite) to its austenite shape (ie, its shape when its crystalline state is austenite). ), Thereby generating an actuating force that deflects the VAFN petal. Each one-way SMA actuator changes from its martensite shape to its austenite shape when fully heated, and the shape change stops when the heating element is turned off, then the other one-way SMA actuator Changes from its martensite shape to its austenite shape (although the unheated actuator provides a resistive force that resists the actuation force produced by the heated actuator).

上述の実施形態によれば、相互に対抗する2組のSMAアクチュエータの一方が加熱され他方が加熱されないと、可変面積ファンノズルのスロート面積は減少し、相互に対抗する2組のSMAアクチュエータの一方が加熱されず他方が加熱されると、スロート面積は増大する。ファンノズルスロート面積は、(巡航時の定格面積と比べて)面積を小さくして飛行業務のある一定の一部の間の燃料消費に役立つことができるか、または面積を大きくして騒音の低減に寄与しファンの動作性を改善することができる。   According to the above-described embodiment, if one of the two sets of SMA actuators facing each other is heated and the other is not heated, the throat area of the variable area fan nozzle is reduced, and one of the two sets of SMA actuators facing each other is reduced. If one is not heated and the other is heated, the throat area increases. Fan nozzle throat area can reduce the area (compared to the rated area during cruising) to help fuel consumption during a certain part of the flight service, or increase the area to reduce noise Can contribute to the improvement of fan operability.

一般に、形状記憶合金は、遷移温度の両側で顕著に異なるフェーズを有する金属性合金である。形状記憶合金がその遷移温度未満のときに第1の物理的状態に達し、その遷移温度超のときに第2の物理的状態に達する。一部の形状記憶合金材料は、より低温の第1の状態では第1の形状を有しより温かい第2の状態では第2の形状を有するようにトレーニング処理することができる。トレーニング処理した2方向形状記憶合金は、遷移温度超に加熱されると強制的に第2の形状を呈し、次いで、制限されていなければ遷移温度未満に冷却されると徐々に第1の形状に戻ることができる。   In general, shape memory alloys are metallic alloys that have significantly different phases on both sides of the transition temperature. A first physical state is reached when the shape memory alloy is below its transition temperature, and a second physical state is reached when its transition temperature is exceeded. Some shape memory alloy materials can be trained to have a first shape in a cooler first state and a second shape in a warmer second state. The trained two-way shape memory alloy is forced to assume a second shape when heated above the transition temperature and then gradually to the first shape when cooled below the transition temperature, if not limited. You can go back.

代替の実施形態によれば、対になった1方向アクチュエータの代わりに、1組の2方向SMAアクチュエータを使用することができる。2方向の可逆性の作動を可能にするために、各SMAアクチュエータのアクティブ部分は、2方向形状記憶合金が第1の温度と第2の温度との間で熱的に循環して2方向形状記憶合金を第1の状態から第2の状態に替えるときに、外部から負荷を加えられることなく第1のトレーニング処理した形状と第2のトレーニング処理した形状との間での遷移に適合した2方向形状記憶合金から製作することができる。2方向SMA要素を作る方法が、米国特許出願公開第2005/0198777号明細書に開示されており、その文献の内容は全体が本明細書に援用される。   According to an alternative embodiment, a set of two-way SMA actuators can be used instead of a paired one-way actuator. In order to allow reversible operation in two directions, the active portion of each SMA actuator has a two-way shape with a two-way shape memory alloy thermally circulated between a first temperature and a second temperature. When changing the memory alloy from the first state to the second state, 2 adapted to the transition between the first training processed shape and the second training processed shape without being subjected to external load. It can be made from a directional shape memory alloy. A method of making a two-way SMA element is disclosed in US Patent Application Publication No. 2005/0198777, the contents of which are incorporated herein in their entirety.

例示的な実施形態では、第1の状態は2方向形状記憶合金のオーステナイト状態であり、第2の状態は2方向形状記憶合金のマルテンサイト状態である。熱的に活性化または加熱されると、2方向形状記憶合金は、そのオーステナイト開始温度(加熱時のマルテンサイトからオーステナイトへの変態が始まる温度)でオーステナイト状態に入り始める。こうしたマルテンサイトからオーステナイトへの変態中に、2方向SMAアクチュエータは第1のトレーニング処理されている形状またはオーステナイト形状に向かって変形する。加熱を続けると、2方向形状記憶合金は、最後に、そのオーステナイト終了温度(加熱時にマルテンサイトからオーステナイトへの変態が終了する温度)でマルテンサイトからオーステナイトへの変態が完了する。オーステナイト開始温度および終了温度ならびにマルテンサイトからオーステナイトへの変態の割合は、特定の用途およびその熱環境、使用される形状記憶合金材料の組成、ならびに/または2方向SMAアクチュエータに加えられる熱エネルギーの量および割合に応じて変更できることを理解されたい。   In an exemplary embodiment, the first state is the austenitic state of the two-way shape memory alloy and the second state is the martensitic state of the two-way shape memory alloy. When thermally activated or heated, the two-way shape memory alloy begins to enter the austenite state at its austenite start temperature (the temperature at which transformation from martensite to austenite begins during heating). During such a transformation from martensite to austenite, the two-way SMA actuator deforms towards the first training or austenite shape. When the heating is continued, the two-way shape memory alloy finally completes the transformation from martensite to austenite at the austenite finish temperature (the temperature at which transformation from martensite to austenite is completed during heating). The austenite start and finish temperatures and the martensite to austenite transformation rate depend on the specific application and its thermal environment, the composition of the shape memory alloy material used, and / or the amount of thermal energy applied to the two-way SMA actuator. It should be understood that this can be changed depending on the ratio.

冷却の際には、2方向形状記憶合金は、そのマルテンサイト開始温度(冷却時にオーステナイトからマルテンサイトへの変態が始まる温度)でマルテンサイト状態に入り始める。こうしたオーステナイトからマルテンサイトへの変態中に、2方向SMAアクチュエータは、第2のトレーニング処理された形状またはマルテンサイト形状に向かって変形する。冷却を続けると、2方向形状記憶合金は、最後に、そのマルテンサイト終了温度(冷却時にオーステナイトからマルテンサイトへの変態が終了する温度)でオーステナイトからマルテンサイトへの変態が完了する。マルテンサイト開始温度および終了温度ならびにオーステナイトからマルテンサイトへの変態の割合は、特定の用途およびその熱環境、使用される特定のSMA材料の組成、ならびに/または2方向SMAアクチュエータによる冷却もしくは熱伝達の量および速度に応じて変更できることを理解されたい。   During cooling, the two-way shape memory alloy begins to enter the martensite state at its martensite start temperature (the temperature at which transformation from austenite to martensite begins during cooling). During such austenite to martensite transformation, the two-way SMA actuator deforms toward the second trained or martensitic shape. When cooling continues, the two-way shape memory alloy finally completes the transformation from austenite to martensite at its martensite finish temperature (the temperature at which transformation from austenite to martensite is completed during cooling). The martensite start and end temperatures and the rate of transformation from austenite to martensite depend on the specific application and its thermal environment, the composition of the specific SMA material used and / or the cooling or heat transfer by the two-way SMA actuator. It should be understood that it can vary depending on the amount and speed.

再度図3および図4を参照すると、1方向SMAアクチュエータ2および4の対の代わりに2方向SMAアクチュエータを用いることができ、2方向SMAアクチュエータの後縁がペタル18aおよび18bの後縁に位置合わせされる。2方向SMAアクチュエータは、図3および図4で描写する1方向アクチュエータと同じプロフィルを有することができる。一実施形態によれば、2方向アクチュエータの形状記憶合金は、加熱中にはアクチュエータのフランジが交互に互いから離れる方に移動し(すなわち、拡張し)、冷却中には互いに向かって移動する(すなわち、収縮する)ようにトレーニング処理させることができる。別の実施形態によれば、2方向アクチュエータの形状記憶合金は、アクチュエータのフランジが加熱中は交互に互いに向かって移動し冷却中は互いから離れる方に移動するようにトレーニング処理させることができる。   Referring again to FIGS. 3 and 4, a two-way SMA actuator can be used in place of the pair of one-way SMA actuators 2 and 4, and the trailing edge of the two-way SMA actuator is aligned with the trailing edge of petals 18a and 18b. Is done. The two-way SMA actuator can have the same profile as the one-way actuator depicted in FIGS. According to one embodiment, the shape memory alloys of the two-way actuator move (i.e., expand) the actuator flanges alternately away from each other during heating and move toward each other during cooling ( That is, the training process can be performed so as to contract. According to another embodiment, the shape memory alloy of a two-way actuator can be trained so that the actuator flanges move alternately toward one another during heating and away from one another during cooling.

2方向形状記憶合金を冷却することは、パッシブな冷却、アクティブな冷却、それらの組み合わせなどを含むことができる。一実施形態では、2方向形状記憶合金は、加熱デバイスへの電力供給が遮断されると、その周りの環境(例えば、構造、周囲の大気など)との熱交換によってパッシブに冷却される。あるいは、またはさらに、2方向形状記憶合金は、例えば、マルテンサイト状態およびマルテンサイト形状へのより高速な変態が望まれる場合は、アクティブに冷却することができる。一例として、2方向形状記憶合金は、2方向SMAアクチュエータにクーラントを循環させることによってアクティブに冷却することができる。   Cooling the two-way shape memory alloy can include passive cooling, active cooling, combinations thereof, and the like. In one embodiment, the two-way shape memory alloy is passively cooled by heat exchange with its surrounding environment (eg, structure, ambient atmosphere, etc.) when power to the heating device is interrupted. Alternatively or additionally, the two-way shape memory alloy can be actively cooled, for example if a faster transformation to martensite state and martensite shape is desired. As an example, a two-way shape memory alloy can be actively cooled by circulating coolant through a two-way SMA actuator.

さらなる例として、2方向形状記憶合金は、一方の側が形状記憶合金に熱的に接続された熱電素子に電力を供給することによってアクティブに冷却することができる。熱電素子は、熱電素子の一方の側から他方の側に熱が流れるという特徴を有する。したがって、熱電素子の冷却される側に熱的に接続される場合は形状記憶合金を冷却することができる。先進の熱電素子が米国特許第6,100,463号明細書に開示されており、その文献の内容は全体が本明細書に援用される。   As a further example, a two-way shape memory alloy can be actively cooled by supplying power to a thermoelectric element, one side of which is thermally connected to the shape memory alloy. The thermoelectric element is characterized in that heat flows from one side of the thermoelectric element to the other side. Accordingly, the shape memory alloy can be cooled when thermally connected to the cooled side of the thermoelectric element. Advanced thermoelectric elements are disclosed in US Pat. No. 6,100,463, the contents of which are incorporated herein in their entirety.

SMAアクチュエータの状態は、飛行条件に応答して自動的に制御することができる。図7に、一実施形態による可変面積ファンノズルペタルの偏位を制御するシステムアーキテクチャを示す。複数のVAFNペタル18の角度位置は、複数のVAFNアクチュエータ50のアクティブ部分の形状記憶合金の温度に応じて変わり、その温度は、複数の電気ヒータ48によってアクチュエータの形状記憶合金に伝達される熱量に応じて変わり、その電気ヒータ48は、(図7にアクチュエータ50とヒータ48とを分離する水平の破線で表示されるように)アクチュエータに熱的に接続されている。   The state of the SMA actuator can be automatically controlled in response to flight conditions. FIG. 7 illustrates a system architecture for controlling the deflection of a variable area fan nozzle petal according to one embodiment. The angular position of the plurality of VAFN petals 18 changes according to the temperature of the shape memory alloy of the active portion of the plurality of VAFN actuators 50, and the temperature depends on the amount of heat transferred to the shape memory alloy of the actuator by the plurality of electric heaters 48. Accordingly, the electric heater 48 is thermally connected to the actuator (as indicated by the horizontal dashed line separating the actuator 50 and the heater 48 in FIG. 7).

電気ヒータによって供給される熱量は、閉ループ制御システムである搭載されたVAFN制御ユニット52によって制御される。VAFN制御ユニット52は、コンピュータシステム(例えば、中央コンピュータまたはプロセッサ)の一部、ペタルの偏位を制御する専用のモジュールをコンピュータ処理するサブシステムなどとして実装することができる。任意選択では、ペタル18の偏位は、ポジションフィードバックシステム58(例えば、光ファイバシステム)によって測定することができ、そのポジションフィードバックシステム58は、それらの測定値を表す信号を出力するVAFNペタル18内、その上、またはその近くに据え付けられたセンサを備える。VAFN制御ユニット52は、全機能デジタルエンジン制御ユニット54およびポジションフィードバックシステム58から入力を受信し、次いで、作動システムを介してペタルの偏位の程度を継続的に調節し、それにより、受信したペタルの位置情報に基づいてファンノズルスロート面積を調節する。   The amount of heat supplied by the electric heater is controlled by an onboard VAFN control unit 52 which is a closed loop control system. The VAFN control unit 52 may be implemented as part of a computer system (eg, a central computer or processor), a subsystem that computer processes a dedicated module that controls petal excursions, and the like. Optionally, the excursion of the petal 18 can be measured by a position feedback system 58 (eg, a fiber optic system), which in the VAFN petal 18 outputs a signal representative of those measurements. A sensor mounted on or near it. The VAFN control unit 52 receives inputs from the full-function digital engine control unit 54 and the position feedback system 58 and then continuously adjusts the degree of petal excursion via the actuation system, thereby receiving the received petals. The fan nozzle throat area is adjusted based on the position information.

各VAFNアクチュエータでは、SMAアクチュエータの位置は、関連の加熱要素に提供される熱量に応じて変わる。その熱量はVAFN制御ユニット52によって制御される。そのVAFN制御ユニット52は、航空機の電源装置56から電力(例えば、115VAC)を受容し、次いで、アクチュエータを特定の位置に維持するように電力パルスまたは電力バーストを電気ヒータ48に提供する。VAFN制御ユニット52は、目標のペタル位置に対応するそれぞれの形状に各アクチュエータを変形させるように、特定の数のパルスを各ヒータに送るようにプログラムされている(必ずしも各ヒータに対してパルスの数が同一とは限らない)。次いで、VAFN制御ユニット52は、実際(すなわち、現在)のペタル位置を表すポジションフィードバック信号を受信する。それらのポジションフィードバック信号に応答して、VAFN制御ユニット52は、各ヒータを特定の温度に維持し、続いて、各ペタルを目標の位置に維持するように事実上電流パルスを提供する。   For each VAFN actuator, the position of the SMA actuator varies depending on the amount of heat provided to the associated heating element. The amount of heat is controlled by the VAFN control unit 52. The VAFN control unit 52 receives power (eg, 115 VAC) from the aircraft power supply 56 and then provides power pulses or power bursts to the electric heater 48 to maintain the actuator in a particular position. The VAFN control unit 52 is programmed to send a specific number of pulses to each heater to deform each actuator to its respective shape corresponding to the target petal position (not necessarily for each heater. Not necessarily the same number). The VAFN control unit 52 then receives a position feedback signal representative of the actual (ie, current) petal position. In response to these position feedback signals, the VAFN control unit 52 provides current pulses in effect to maintain each heater at a particular temperature and subsequently maintain each petal at the target position.

1方向SMAアクチュエータの対が用いられるときに可変面積ファンノズルの出口において流動面積を増大させるためには、第1の1方向SMAアクチュエータは加熱され、第2の1方向SMAアクチュエータは加熱されない。出口における流動面積を縮小するためには、第1の1方向SMAアクチュエータは加熱され、第2の1方向SMAアクチュエータは加熱されない。最大の出口流動面積と最小の出口流動面積の間の任意の目標の出口流動面積を実現するためには、開放サイクルまたは閉鎖サイクルの間に、ポジションフィードバック信号に基づいて現在の出口流動面積が目標の出口流動面積の指定の閾値内にあると計算されるときに、加熱されたアクチュエータへの熱の供給がVAFN制御ユニットによって遮断される。現在の出口流動面積を維持するために追加の電力パルスが必要に応じて提供される。   In order to increase the flow area at the exit of the variable area fan nozzle when a pair of one-way SMA actuators is used, the first one-way SMA actuator is heated and the second one-way SMA actuator is not heated. In order to reduce the flow area at the outlet, the first one-way SMA actuator is heated and the second one-way SMA actuator is not heated. To achieve any target outlet flow area between the maximum and minimum outlet flow areas, the current outlet flow area is targeted based on the position feedback signal during the open or closed cycle. The heat supply to the heated actuator is shut off by the VAFN control unit when it is calculated to be within a specified threshold of the outlet flow area of Additional power pulses are provided as needed to maintain the current outlet flow area.

電気ヒータ以外の手段によってSMAアクチュエータを加熱することができる。ガスタービンエンジンのコンプレッサ部分を用いて加圧高温空気を環境制御システムに供給することが知られている。その加圧空気は、通常、「抽気」と呼ばれ、エンジンの多段コンプレッサ部分の様々な圧縮の段に位置する抽気ポートから抜かれる。ペタル偏位システムの代替の実施形態によれば、SMAアクチュエータは、SMAアクチュエータの表面を流動するように一部の抽気を迂回させるバルブを解放することによって、加熱することができる。   The SMA actuator can be heated by means other than an electric heater. It is known to supply pressurized hot air to an environmental control system using the compressor portion of a gas turbine engine. The pressurized air is usually referred to as “bleed” and is withdrawn from the bleed ports located at various stages of compression in the multistage compressor portion of the engine. According to an alternative embodiment of the petal excursion system, the SMA actuator can be heated by releasing a valve that diverts some bleed air to flow over the surface of the SMA actuator.

本開示による例示的であり非排他的な発明の主題例を、以下に列挙した段落に記載する。   Exemplary and non-exclusive subject matter examples according to this disclosure are set forth in the paragraphs listed below.

A1.
湾曲した形状を有する支持部材と、
第1のペタルおよび第2のペタルがそれぞれ内側または外側に偏位できるようにして前記支持部材に接続された第1のペタルおよび第2のペタルであって、隙間によって互いに分離している第1のペタルおよび第2のペタルと、
前記隙間にまたがる第1の部分と、前記第1の部分に連結され前記第1のペタルおよび前記第2のペタルにそれぞれ取り付けられた第2の部分および第3の部分とを備えた第1の本体であって、前記第1の部分が、その温度が遷移温度未満から遷移温度超まで上昇すると第1の形状変化を受けるような特徴を有する形状記憶合金から作製されており、この第1の本体は、前記第1の本体の前記第1の部分が前記第1の形状変化を受けると前記第1のペタルおよび前記第2のペタルを偏位させるように配置されている、第1の本体と
を備える可変面積ファンノズル。
A1.
A support member having a curved shape;
A first petal and a second petal connected to the support member so that the first petal and the second petal can be displaced inward or outward, respectively, and separated from each other by a gap And a second petal,
A first portion that spans the gap, and a second portion and a third portion that are connected to the first portion and attached to the first petal and the second petal, respectively. The body is made of a shape memory alloy characterized by undergoing a first shape change when its temperature rises from below the transition temperature to above the transition temperature. The first body is arranged to deflect the first petal and the second petal when the first portion of the first body is subjected to the first shape change. A variable area fan nozzle.

A2.
前記第1の本体の前記第1の部分が前記第1の形状変化を受けると前記第1のペタルおよび前記第2のペタルが外側に偏位する、段落A1による可変面積ファンノズル。
A2.
The variable area fan nozzle according to paragraph A1, wherein when the first portion of the first body undergoes the first shape change, the first petal and the second petal are offset outward.

A3.
前記第1の本体の前記第1の部分が前記第1の形状変化を受けると前記第1のペタルおよび前記第2のペタルが内側に偏位する、段落A1による可変面積ファンノズル。
A3.
The variable area fan nozzle according to paragraph A1, wherein when the first portion of the first body undergoes the first shape change, the first petal and the second petal are displaced inward.

A4.
前記第1の本体の前記第1の部分がV字形の横断面を有する、段落A1ないしA3による可変面積ファンノズル。
A4.
The variable area fan nozzle according to paragraphs A1 to A3, wherein the first portion of the first body has a V-shaped cross section.

A5.
前記隙間にまたがる第1の部分と、前記第1の部分に連結され前記第1のペタルおよび前記第2のペタルにそれぞれ取り付けられた第2の部分および第3の部分とを備えた第2の本体をさらに備え、
前記第2の本体の前記第1の部分が、その温度が遷移温度未満から遷移温度超まで上昇すると第2の形状変化を受けるという特徴を有する形状記憶合金から作製されており、
前記第2の本体が、前記第2の本体の前記第1の部分が前記第2の形状変化を受けると前記第1のペタルおよび前記第2のペタルを内側に偏位させるように配置されており、
前記第1の本体が、前記第1の本体の前記第1の部分が前記第1の形状変化を受けると前記第1のペタルおよび前記第2のペタルを外側に偏位させるように配置されている、
段落A1ないしA4による可変面積ファンノズル。
A5.
A second portion comprising a first portion spanning the gap, and a second portion and a third portion connected to the first portion and attached to the first petal and the second petal, respectively. The main body is further provided,
The first portion of the second body is made of a shape memory alloy characterized by undergoing a second shape change when its temperature rises from below the transition temperature to above the transition temperature;
The second body is arranged to deflect the first petal and the second petal inward when the first part of the second body is subjected to the second shape change. And
The first body is arranged to deflect the first petal and the second petal outward when the first portion of the first body undergoes the first shape change. Yes,
Variable area fan nozzle according to paragraphs A1 to A4.

A6.
前記形状記憶合金は、その温度が前記遷移温度超から前記遷移温度未満まで低下すると第2の形状変化を受けるというさらなる特徴を有し、前記第1の本体が、前記第1の本体の前記第1の部分が前記第1の形状変化および前記第2の形状変化のうちの一方を受けると前記第1のペタルおよび前記第2のペタルを外側に偏位させ、前記第1の本体の前記第1の部分が前記第1の形状変化および前記第2の形状変化のうちの他方を受けると内側に偏位させる、段落A1ないしA5に記載の可変面積ファンノズル。
A6.
The shape memory alloy has the further feature that it undergoes a second shape change when its temperature drops from above the transition temperature to below the transition temperature, and the first body comprises the first body of the first body. When one portion receives one of the first shape change and the second shape change, the first petal and the second petal are displaced outwardly, and the first body of the first body The variable area fan nozzle according to paragraphs A1 to A5, wherein when one portion receives the other of the first shape change and the second shape change, the portion is displaced inward.

A7.
前記第1の本体の前記第1の部分を加熱する手段をさらに備える、段落A1ないしA6に記載の可変面積ファンノズル。
A7.
The variable area fan nozzle of paragraphs A1 through A6, further comprising means for heating the first portion of the first body.

A8.
前記第1の本体の前記第1の部分の表面に熱的に接続された加熱コイルをさらに備える、段落A1ないしA7に記載の可変面積ファンノズル。
A8.
The variable area fan nozzle of paragraphs A1 through A7, further comprising a heating coil thermally connected to a surface of the first portion of the first body.

A9.
エラストマー材料製のシールをさらに備え、前記シールが前記第1のペタルと前記第2のペタルとの間の前記隙間にまたがる部分を備える、段落A1ないしA8に記載の可変面積ファンノズル。
A9.
The variable area fan nozzle of paragraphs A1 through A8, further comprising a seal made of an elastomeric material, wherein the seal comprises a portion spanning the gap between the first petal and the second petal.

A10.
左側ファンノズルアセンブリおよび右側ファンノズルアセンブリを備え、前記左側ファンノズルアセンブリおよび前記右側ファンノズルアセンブリがそれぞれ、湾曲した形状を有するそれぞれの支持部材と、A1に記載のように配置されたそれぞれの第1のペタルおよび第2のペタルと、A1に記載のように形状が変化するそれぞれの第1の本体とを備える、段落A1ないしA9に記載の可変面積ファンノズル。
A10.
A left fan nozzle assembly and a right fan nozzle assembly, each of the left fan nozzle assembly and the right fan nozzle assembly each having a curved shape, and each first member disposed as described in A1. The variable area fan nozzle according to paragraphs A1 to A9, comprising: a petal and a second petal, and a respective first body whose shape changes as described in A1.

A11.
ノズルの出口面積を変更する方法であって、第1の複数の要素のそれぞれの部分の温度を遷移温度未満から遷移温度超まで上昇させることを含み、前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分が、前記遷移温度未満から前記遷移温度超まで温度が上昇する間に形状が変化する形状記憶合金から作製されている、方法。
A11.
A method for changing an exit area of a nozzle, the method comprising increasing a temperature of a respective portion of a first plurality of elements from below a transition temperature to above a transition temperature, and each of the first plurality of elements The method wherein the portion is made from a shape memory alloy that changes shape while the temperature rises from below the transition temperature to above the transition temperature.

A12.
第2の複数の要素のそれぞれの部分の温度を遷移温度未満から遷移温度超まで上昇させることをさらに含み、前記第2の複数の要素の前記それぞれの部分が、前記遷移温度未満から前記遷移温度超まで温度が上昇する間に形状が変化する形状記憶合金から作製され、前記出口面積が、前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状が変化すると増大し、前記第2の複数の要素の前記それぞれの部分の形状が変化すると減少する、段落A11に記載の方法。
A12.
Further comprising increasing the temperature of each portion of the second plurality of elements from below the transition temperature to above the transition temperature, wherein the respective portion of the second plurality of elements is from below the transition temperature to the transition temperature. Made from a shape memory alloy that changes shape while the temperature rises to above, and the outlet area increases when the shape of each of the portions of the first plurality of elements changes, the second plurality of The method of paragraph A11, wherein the method decreases as the shape of the respective portion of the element changes.

A13.
前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の温度を前記遷移温度超から前記遷移温度未満まで低下させることをさらに含み、前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状記憶合金も、前記遷移温度超から前記遷移温度未満まで温度が低下する間に形状が変化し、前記出口面積が、温度上昇の結果前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状が変化すると増大し、温度低下の結果前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状が変化すると減少する、段落A11またはA12に記載の方法。
A13.
Further comprising reducing the temperature of the respective portion of the first plurality of elements from above the transition temperature to less than the transition temperature, the shape memory alloy of the respective portion of the first plurality of elements also comprising: The shape changes while the temperature decreases from above the transition temperature to less than the transition temperature, and the exit area increases when the shape of the respective portion of the first plurality of elements changes as a result of the temperature increase, The method of paragraph A11 or A12, wherein the method decreases as the shape of the respective portion of the first plurality of elements changes as a result of a temperature drop.

A14.
前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の温度を前記遷移温度超から前記遷移温度未満まで低下させることをさらに含み、前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状記憶合金も、前記遷移温度超から前記遷移温度未満まで温度が低下する間に形状が変化し、前記出口面積が、温度上昇によって前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状が変化すると減少し、温度低下によって前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状が変化すると増大する、段落A11に記載の方法。
A14.
Further comprising reducing the temperature of the respective portion of the first plurality of elements from above the transition temperature to less than the transition temperature, the shape memory alloy of the respective portion of the first plurality of elements also comprising: The shape changes while the temperature drops from above the transition temperature to less than the transition temperature, and the outlet area decreases when the shape of the respective portion of the first plurality of elements changes due to temperature rise, The method of paragraph A11, wherein the method increases when the shape of the respective portion of the first plurality of elements changes due to the decrease.

A15.
内側または外側に一斉に偏位できる複数のペタルと、
前記ペタルに取り付けられた第1の複数のペタル偏位アクチュエータであって、この第1の複数のペタル偏位アクチュエータがそれぞれ、その温度が遷移温度未満から遷移温度超まで上昇すると形状が変化する形状記憶合金を含み、この第1の複数のペタル偏位アクチュエータの形状変化により前記ペタルが偏位する、第1の複数のペタル偏位アクチュエータと
を備える可変面積ファンノズル。
A15.
Multiple petals that can be displaced inward or outward at once,
A first plurality of petal displacement actuators attached to the petal, wherein each of the first plurality of petal displacement actuators changes its shape when its temperature rises from below the transition temperature to above the transition temperature. A variable area fan nozzle comprising a first plurality of petal displacement actuators including a memory alloy, wherein the petals are displaced by a shape change of the first plurality of petal displacement actuators.

A16.
前記ペタルに取り付けられた第2の複数のペタル偏位アクチュエータをさらに備え、
前記第2の複数のペタル偏位アクチュエータがそれぞれ、その温度が遷移温度未満から遷移温度超まで上昇すると形状が変化する形状記憶合金を含み、前記第1の複数のペタル偏位アクチュエータの形状変化により、前記ペタルが外側に偏位し、前記第2の複数のペタル偏位アクチュエータの形状変化により、前記ペタルが内側に偏位する、段落A15に記載の可変面積ファンノズル。
A16.
A second plurality of petal deflection actuators attached to the petal;
Each of the second plurality of petal displacement actuators includes a shape memory alloy that changes its shape when its temperature rises from below the transition temperature to more than the transition temperature, and the shape change of the first plurality of petal displacement actuators The variable area fan nozzle of paragraph A15, wherein the petal is deflected outward and the petal is deflected inward due to a shape change of the second plurality of petal displacement actuators.

A17.
前記形状記憶合金もまた、その温度が前記遷移温度超から前記遷移温度未満まで低下すると形状が変化し、前記ペタルが、温度上昇の結果前記第1の複数のペタル偏位アクチュエータの形状が変化すると外側に偏位し、前記ペタルが、温度低下の結果前記第1の複数のペタル偏位アクチュエータが形状を変化させると内側に偏位する、段落A15またはA16に記載の可変面積ファンノズル。
A17.
The shape memory alloy also changes shape when its temperature drops from above the transition temperature to below the transition temperature, and the petal changes shape of the first plurality of petal displacement actuators as a result of the temperature increase. The variable area fan nozzle of paragraph A15 or A16, wherein the petal is displaced outward and the petal is displaced inward as the first plurality of petal displacement actuators change shape as a result of a temperature drop.

A18.
前記形状記憶合金もまた、その温度が前記遷移温度超から前記遷移温度未満まで低下する形状を変化させ、前記ペタルが、温度上昇の結果前記第1の複数のペタル偏位アクチュエータが形状を変化させると内側に偏位し、前記ペタルが、温度低下の結果前記第1の複数のペタル偏位アクチュエータが形状を変化させると外側に偏位する、段落A15記載の可変面積ファンノズル。
A18.
The shape memory alloy also changes shape in which its temperature decreases from above the transition temperature to below the transition temperature, and the petal changes shape as a result of the temperature increase. The variable area fan nozzle of paragraph A15, wherein the petal is displaced inward and the petal is displaced outward as the first plurality of petal displacement actuators change shape as a result of a temperature drop.

A19.
湾曲した形状を有する支持部材を備えた後縁リップ領域を有するスリーブまたはダクトと、
各ペタルが内側または外側に偏位できるようにして前記支持部材に接続された複数のペタルであって、隣接するペタルがそれぞれの隙間によって互いに分離している、複数のペタルと、
前記隙間に分布した複数の変形可能な要素であって、この変形可能な要素がそれぞれ、遷移温度超の温度まで加熱されると形状を変化させる形状記憶合金を含む、変形可能な要素と、
前記変形可能な要素のそれぞれの表面に熱的に接続された複数の電気ヒータと、
前記電気ヒータへの電力の供給を制御するようにプログラムされたコンピュータシステムと
を備える、航空機上に据え付けられた装置。
A19.
A sleeve or duct having a trailing edge lip region with a support member having a curved shape;
A plurality of petals connected to the support member such that each petal can be deflected inward or outward, wherein adjacent petals are separated from each other by respective gaps;
A plurality of deformable elements distributed in the gap, each including a shape memory alloy that changes shape when heated to a temperature above the transition temperature;
A plurality of electric heaters thermally connected to respective surfaces of the deformable element;
And a computer system programmed to control the supply of power to the electric heater.

A20.
前記ペタルの現在の位置を表すポジションフィードバック信号を発生する1つまたは複数のセンサをさらに備え、前記コンピュータシステムが、前記変形可能な要素の形状を変化させるかまたは維持するように前記電気ヒータに電気パルスを提供するようにプログラムされ、パルスの数が、前記ペタルの目標位置を表す目標位置データと前記ポジションフィードバック信号から生成されたポジションフィードバックデータとの比較の結果に応じて変わる、段落A19に記載の装置。様々な実施形態に関連して可変面積ファンノズルを説明してきたが、以下に記載の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことがで、等価物をその要素の代わりに用いることができることが当業者には理解されよう。さらに、特許請求の範囲から逸脱することなく本明細書の教示を特定の状況に適合させる多くの修正を行うことができる。
A20.
One or more sensors for generating a position feedback signal representative of the current position of the petal, wherein the computer system is configured to electrically connect the electric heater to change or maintain the shape of the deformable element. Paragraph A19, programmed to provide pulses, wherein the number of pulses varies depending on the result of a comparison between target position data representing the petal target position and position feedback data generated from the position feedback signal. Equipment. Although variable area fan nozzles have been described in connection with various embodiments, various modifications can be made without departing from the scope of the claims set forth below, and equivalents may be substituted for the elements Those skilled in the art will appreciate that this is possible. In addition, many modifications may be made to adapt a teaching of this specification to a particular situation without departing from the scope of the claims.

特許請求の範囲では、用語「コンピュータシステム」は、少なくとも1つのコンピュータ、プロセッサ、またはコンピューティングモジュールを有するシステムを包含すると広く解釈すべきであり、ネットワークまたはバスを通して連絡する複数のコンピュータ、プロセッサ、またはコンピューティングモジュールを有することができる。   In the claims, the term “computer system” should be broadly interpreted as encompassing a system having at least one computer, processor, or computing module, and a plurality of computers, processors, or in communication over a network or bus. It can have a computing module.

2 SMAアクチュエータ
2a アクティブ部分
2b 第1のフランジ
2c 第2のフランジ
4 SMAアクチュエータ
4a アクティブ部分
4b 第1のフランジ
4c 第2のフランジ
10 隙間カバー
12 コアフローノズル
14 可変面積ファンノズル
16 逆スラストスリーブ
18 ペタル、ヒンジ式ペタル、剛性ペタル、VAFNペタル
18a ペタル
18b ペタル
20 ヒンジビーム
22 ラッチビーム
24 エラストマーシール
24a フランジ
24b フランジ
26 バルクヘッド
34 フォイルヒータ
36 フォイルヒータ
40 1対の導電体
48 電気ヒータ
50 VAFNアクチュエータ
52 VAFN制御ユニット
54 全機能デジタルエンジン制御ユニット
56 航空機の電源装置
58 ポジションフィードバックシステム
2 SMA actuator 2a Active part 2b 1st flange 2c 2nd flange 4 SMA actuator 4a Active part 4b 1st flange 4c 2nd flange 10 Crevice cover 12 Core flow nozzle 14 Variable area fan nozzle 16 Reverse thrust sleeve 18 Petal , Hinged petal, rigid petal, VAFN petal 18a petal 18b petal 20 hinge beam 22 latch beam 24 elastomer seal 24a flange 24b flange 26 bulkhead 34 foil heater 36 foil heater 40 pair of conductors 48 electric heater 50 VAFN actuator 52 VAFN Control unit 54 Full-function digital engine control unit 56 Aircraft power supply 58 Position feedback system

Claims (14)

湾曲した形状を有する支持部材と、
前記支持部材の湾曲した形状に沿って隣接して配置された第1のペタル及び第2のペタルであって、前記第1のペタルおよび前記第2のペタルがそれぞれ内側または外側に偏位できるように前記支持部材に接続され、隙間によって互いに隔てられている前記第1のペタルおよび前記第2のペタルと、
前記隙間にまたがる第1の部分と、前記第1の部分に連結され前記第1のペタルおよび前記第2のペタルにそれぞれ取り付けられた第2の部分および第3の部分とを備えた第1の本体であって、前記第1の部分が、その温度が遷移温度未満から遷移温度超まで上昇すると第1の形状変化を受けるような特徴を有する形状記憶合金から作製されており、この第1の本体は、前記第1の本体の前記第1の部分が前記第1の形状変化を受けると前記第1のペタルおよび前記第2のペタルを偏位させるように配置され、前記第1の本体の前記第1の部分がV字形の横断面を有する、第1の本体と
を備える可変面積ファンノズル。
A support member having a curved shape;
A first petal and the second petal, which are adjacently disposed along the curved shape of the support member, such that the first petal and the second petal can biased inward or outward, respectively The first petal and the second petal connected to the support member and separated from each other by a gap;
A first portion that spans the gap, and a second portion and a third portion that are connected to the first portion and attached to the first petal and the second petal, respectively. The body is made of a shape memory alloy characterized by undergoing a first shape change when its temperature rises from below the transition temperature to above the transition temperature. The main body is disposed so as to deviate the first petal and the second petal when the first portion of the first main body is subjected to the first shape change . A variable area fan nozzle comprising a first body, wherein the first portion has a V-shaped cross section .
前記第1の本体の前記第1の部分が前記第1の形状変化を受けると前記第1のペタルおよび前記第2のペタルが外側に偏位する、請求項1に記載の可変面積ファンノズル。   The variable area fan nozzle according to claim 1, wherein when the first portion of the first body is subjected to the first shape change, the first petal and the second petal are displaced outward. 前記第1の本体の前記第1の部分が前記第1の形状変化を受けると前記第1のペタルおよび前記第2のペタルが内側に偏位する、請求項1に記載の可変面積ファンノズル。   The variable area fan nozzle according to claim 1, wherein when the first portion of the first body is subjected to the first shape change, the first petal and the second petal are displaced inward. 前記隙間にまたがる第1の部分と、前記第1の部分に連結され前記第1のペタルおよび前記第2のペタルにそれぞれ取り付けられた第2の部分および第3の部分とを備えた第2の本体をさらに備え、
前記第2の本体の前記第1の部分が、その温度が遷移温度未満から遷移温度超まで上昇すると第2の形状変化を受けるという特徴を有する形状記憶合金から作製されており、
前記第2の本体が、前記第2の本体の前記第1の部分が前記第2の形状変化を受けると前記第1のペタルおよび前記第2のペタルを内側に偏位させるように配置されており、
前記第1の本体が、前記第1の本体の前記第1の部分が前記第1の形状変化を受けると前記第1のペタルおよび前記第2のペタルを外側に偏位させるように配置されている、
請求項1からのいずれか一項に記載の可変面積ファンノズル。
A second portion comprising a first portion spanning the gap, and a second portion and a third portion connected to the first portion and attached to the first petal and the second petal, respectively. The main body is further provided,
The first portion of the second body is made of a shape memory alloy characterized by undergoing a second shape change when its temperature rises from below the transition temperature to above the transition temperature;
The second body is arranged to deflect the first petal and the second petal inward when the first part of the second body is subjected to the second shape change. And
The first body is arranged to deflect the first petal and the second petal outward when the first portion of the first body undergoes the first shape change. Yes,
The variable area fan nozzle according to any one of claims 1 to 3 .
前記形状記憶合金は、その温度が前記遷移温度超から前記遷移温度未満まで低下すると第2の形状変化を受けるというさらなる特徴を有し、前記第1の本体が、前記第1の本体の前記第1の部分が前記第1の形状変化および前記第2の形状変化のうちの一方を受けると前記第1のペタルおよび前記第2のペタルを外側に偏位させ、前記第1の本体の前記第1の部分が前記第1の形状変化および前記第2の形状変化のうちの他方を受けると内側に偏位させる、請求項1から4のいずれか一項に記載の可変面積ファンノズル。   The shape memory alloy has the further feature that it undergoes a second shape change when its temperature drops from above the transition temperature to below the transition temperature, and the first body comprises the first body of the first body. When one portion receives one of the first shape change and the second shape change, the first petal and the second petal are displaced outwardly, and the first body of the first body 5. The variable area fan nozzle according to claim 1, wherein when one portion receives the other of the first shape change and the second shape change, the portion is displaced inwardly. 6. 前記第1の本体の前記第1の部分を加熱する手段をさらに備える、請求項1からのいずれか一項に記載の可変面積ファンノズル。 6. The variable area fan nozzle according to any one of claims 1 to 5 , further comprising means for heating the first portion of the first body. 前記第1の本体の前記第1の部分の表面に熱的に接続された加熱コイルをさらに備える、請求項1からのいずれか一項に記載の可変面積ファンノズル。 The variable area fan nozzle according to any one of claims 1 to 6 , further comprising a heating coil thermally connected to a surface of the first portion of the first body. エラストマー材料製のシールをさらに備え、前記シールが前記第1のペタルと前記第2のペタルとの間の前記隙間にまたがる部分を備える、請求項1からのいずれか一項に記載の可変面積ファンノズル。 The variable area according to any one of claims 1 to 7 , further comprising a seal made of an elastomeric material, the seal comprising a portion spanning the gap between the first petal and the second petal. Fan nozzle. 左側ファンノズルアセンブリおよび右側ファンノズルアセンブリを備え、前記左側ファンノズルアセンブリおよび前記右側ファンノズルアセンブリがそれぞれ、湾曲した形状を有するそれぞれの支持部材と、請求項1から8のいずれか一項に記載のように配置されたそれぞれの第1のペタルおよび第2のペタルと、請求項1から8のいずれか一項に記載のように形状が変化するそれぞれの第1の本体とを備える、請求項1からのいずれか一項に記載の可変面積ファンノズル。 9. A left side fan nozzle assembly and a right side fan nozzle assembly, each of the left side fan nozzle assembly and the right side fan nozzle assembly each having a curved shape, and according to any one of claims 1 to 8 . provided so that each of the first petal and the second petal disposed so, and each of the first body that changes shape as claimed in any one of claims 1 to 8, claim 1 The variable area fan nozzle as described in any one of 1 to 8 . 請求項1から9のいずれか一項に記載の可変面積ファンノズルの出口面積を変更する方法であって、第1の複数の要素のそれぞれの部分の温度を遷移温度未満から遷移温度超まで上昇させることを含み、前記遷移温度未満から前記遷移温度超まで温度が上昇する間に前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状が変化する形状記憶合金から作製されている、方法。 A method for changing the exit area of the variable area fan nozzle according to any one of claims 1 to 9, wherein the temperature of each portion of the first plurality of elements is increased from below the transition temperature to above the transition temperature. And is made from a shape memory alloy in which the shape of the respective portion of the first plurality of elements changes as the temperature rises from below the transition temperature to above the transition temperature. 第2の複数の要素のそれぞれの部分の温度を遷移温度未満から遷移温度超まで上昇させることをさらに含み、前記第2の複数の要素の前記それぞれの部分が、前記遷移温度未満から前記遷移温度超まで温度が上昇する間に形状が変化する形状記憶合金から作製され、前記出口面積が、前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状が変化すると増大し、前記第2の複数の要素の前記それぞれの部分の形状が変化すると減少する、請求項10に記載の方法。 Further comprising increasing the temperature of each portion of the second plurality of elements from below the transition temperature to above the transition temperature, wherein the respective portion of the second plurality of elements is from below the transition temperature to the transition temperature. Made from a shape memory alloy that changes shape while the temperature rises to above, and the outlet area increases when the shape of each of the portions of the first plurality of elements changes, the second plurality of The method of claim 10 , wherein the method decreases as the shape of the respective portion of the element changes. 前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の温度を前記遷移温度超から前記遷移温度未満まで低下させることをさらに含み、前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状記憶合金も、前記遷移温度超から前記遷移温度未満まで温度が低下する間に形状が変化し、前記出口面積が、温度上昇の結果前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状が変化すると増大し、温度低下の結果前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状が変化すると減少する、請求項10に記載の方法。 Further comprising reducing the temperature of the respective portion of the first plurality of elements from above the transition temperature to less than the transition temperature, the shape memory alloy of the respective portion of the first plurality of elements also comprising: The shape changes while the temperature decreases from above the transition temperature to less than the transition temperature, and the exit area increases when the shape of the respective portion of the first plurality of elements changes as a result of the temperature increase, The method of claim 10 , wherein the method decreases as the shape of the respective portion of the first plurality of elements changes as a result of a temperature drop. 前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の温度を前記遷移温度超から前記遷移温度未満まで低下させることをさらに含み、前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状記憶合金も、前記遷移温度超から前記遷移温度未満まで温度が低下する間に形状が変化し、前記出口面積が、温度上昇によって前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状が変化すると減少し、温度低下によって前記第1の複数の要素の前記それぞれの部分の形状が変化すると増大する、請求項10に記載の方法。 Further comprising reducing the temperature of the respective portion of the first plurality of elements from above the transition temperature to less than the transition temperature, the shape memory alloy of the respective portion of the first plurality of elements also comprising: The shape changes while the temperature drops from above the transition temperature to less than the transition temperature, and the outlet area decreases when the shape of the respective portion of the first plurality of elements changes due to temperature rise, The method of claim 10 , wherein the increase increases as the shape of the respective portion of the first plurality of elements changes due to the decrease. 請求項1から及びのいずれか一項に記載の可変面積ファンノズルと、
複数の電気ヒータと、
VAFN制御ユニットと
を備える可変面積ファンノズルのペタルの偏位を制御するシステム。
The variable area fan nozzle according to any one of claims 1 to 5 , 8 and 9 ,
A plurality of electric heaters;
The system which controls the deviation of the petal of a variable area fan nozzle provided with a VAFN control unit.
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